骨碎补总黄酮治疗骨质疏松症作用机理实验研究进展_眭承志_百度

1、2010年6月中 华 中 医 药 学 刊CH I NESE ARCH I VES O F TRAD I T I O NAL CH I NESE M E D I C I NEVo. l 28No . 6Jun . 2010地方项目宽带中华中医药学刊骨碎补总黄酮治疗骨质疏松症作用机理实验研究进展眭承志(福建医科大学附属第一医院, 福建厦门361001摘 要:随着社会人口的老龄化, 具有人体衰老特征的骨质疏松症的发病率越来越高, 如何进行防治已成为当今医学领域研究的热点。从血生化、生物力学、形态学、细胞生物学、分子生物学等多角度说明骨碎补总黄酮对骨质疏松症的药理作用, 从科学的角度探究其治疗机制,

2、为该药临床推广应用提供一定的佐证。 关键词:骨碎补总黄酮; 骨质疏松症; 药理作用; 实验研究中图分类号:R285. 5 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010 06-1272-03The Em piri c al Study P r ogressi o n of the Treat m entM echani s mof the F l a vone ofR hi z o m e D rynani a on Ost e opor os i sSU I Cheng -zh i(The Firs tH osp i talA ffili ated Fu ji an M edical

3、Un ivers i ty , X i a m en 361003, Fu jiang , Ch i naA bstrac t :W ith the ag i ng o f soc i e ty popu l ation , the inc i dence of osteoporosis wh ich has the charac teristics o f hu m an ag i ng beco m es m uch h i ghe r than befo re . H ow to prev ent and trea t osteopo rosis has becam e t he res

4、earch hotspot ofm edicaldom ain no w adays . T his tex t ill ustrates t he phar m aco log ic acti on o f the flavone of rhizo m e drynaria on osteoporos i s fro m mu lti -ang le , such as blood bioche m istry , bio-m echanics , m orphology , ce ll bio l ogy and m o lecular b i o l ogy , and exp l o

5、re t he treat m ent m echanis m fro m sc i entifi c ang l e , prov i d i ng som e ev i dence for t he cli n i ca l generalizati on and appli cation of t h i s drug .K ey w ords :fl avone o f rh izo m e drynaria ; osteoporosis ; phar m aco log ic acti on ; e mp irical study 收稿日期:2010-01-17基金项目:厦门市科技局

6、指导性重点资助项目(3502z 20077049 作者简介:眭承志(1963-, 男, 黑龙江哈尔滨人, 主任医师, 博士,研究方向:骨质疏松。随着社会人口的老龄化, 具有人体衰老特征的骨质疏松症的发病率越来越高, 严重威胁老年人的身体健康, 影响其生存质量, 如何进行防治已成为当今医学领域研究的热点。临床试验结果表明, 以/骨碎补总黄酮0为成分的中药制剂强骨胶囊治疗原发性骨质疏松症疗效确切, 安全性检查未见明显毒副作用, 可进一步推广使用1。对其进行实验论证, 将为临床应用提供充分的理论依据。1 骨碎补总黄酮对骨质疏松症骨量骨代谢的影响骨质疏松症(O steopo rosis , O P 是

7、以骨量减少, 骨组织显微结构退化, 骨的脆性增加, 极易于发生骨折的一种全身性骨骼疾病。骨量系指除去骨髓腔后骨组织的量, 包括矿物质和有机质, 临床上通常用骨矿含量(B M C 或者骨密度(B M D 测量来代替骨量检测, 而后者对诊断骨质疏松症、预测骨折危险性和评估干预措施的效果等方面具有重要意义。通过对维甲酸所致大鼠的实验性骨质疏松模型2和去卵巢大鼠骨质疏松模型3的观察, 骨碎补总黄酮对实验性大鼠骨质疏松症导致的骨密度下降有明显抑制作用, 能显著提高其股骨、腰椎骨密度, 表明骨碎补总黄酮具有增加骨质疏松大鼠骨量的作用。血液中钙磷含量直接影响骨的钙化与溶解, 它们相互影响, 互相制约, 并受

8、1, 25(OH 2D 3、甲状旁腺素及降钙素等的调节和控制。实验表明:骨碎补粗提物对小鸡骨发育生长有显著促进作用, 其股骨的湿重和体重以及单位长度皮质骨的钙、磷等含量均有一定程度的增高4。骨碎补提取液对组织培养中的鸡胚骨基原的钙、磷沉积有明显促进作用, 提高组织中碱性磷酸酶(A LP 活性, 促进蛋白多糖合成, 抑制胶原合成, 并证明促进蛋白多糖的合成是促进钙化的重要因素5。雌激素对维持成骨细胞的功能和减弱破骨细胞的活性必不可少, 对骨重建的动态平衡起重要调节作用。如雌激素水平的下降, 继发性甲状腺素的合成、分泌速率的改变, 降钙素(CT 水平的下降以及钙的吸收不足, 维生素D 转化成活性维

9、生素D 的速率减慢等均是引发骨质疏松症的直接原因。骨碎补总黄酮能升高实验动物雌二醇(E 2 、睾酮(T 、促卵泡激素(FS H 水平, 提示可能有性激素、促性腺激素样作用。同时, 能明显升高血钙水平, 升高降钙素和骨碱性磷酸酶(B A LP 、血清ALP 水平, 增进骨对钙的吸收, 有利于骨矿的沉积, 促进骨形成; 降低甲状旁腺素(PTH 水平, 可抑制骨吸收6。2 骨碎补总黄酮对骨质疏松症骨生物力学的影响骨生物力学研究包括骨组织在外接作用下的力学性质和骨在受力后的生物学效应, 是对骨质量进行评定的一种可靠方法。通过骨碎补总黄酮对骨质疏松大鼠的骨结构力学特性的作用和对骨材料力学特性的作用的研究

10、, 表明骨碎补总黄酮对骨质疏松症骨结构力学、几何形状及内在材料特性均有一定的改善作用6-7。最大载荷代表的是在载荷-变形曲线最高点处骨标本, -变12722010年6月中 华 中 医 药 学 刊CH I NESE ARCH I VES O F TRAD I T I O NAL CH I NESE M E D I C I NEVo. l 28No . 6Jun . 2010中华中医药学刊形曲线下的面积, 代表引起骨结构断裂所需的能量, 反映骨骼抵抗骨折的能力。骨碎补总黄酮对骨质疏松大鼠最大载荷、最大能量吸收值有明显升高, 最大桡度也有明显升高, 说明骨碎补总黄酮能增加骨组织的承载力, 提高骨骼抵

11、抗外力的冲击能力。最大应力指的是骨标本单位面积上承受的最大载荷值, 主要反映骨塑性特性; 弹性应变指在弹性载荷作用下骨标本长度的变化或相对变形。骨碎补总黄酮有明显升高弹性应变、最大应力、弹性模量的作用, 说明骨碎补总黄酮对骨的几何形状及内在材料特性有一定的改善作用。3 骨碎补总黄酮对骨质疏松症形态学变化的影响骨组织形态计量学是一种应用数学和几何方法, 以及荧光标记剂和细胞染色技术等, 以研究骨组织水平的质(骨结构 和量(骨量 等形态学静态特征和动态特征的测量技术。它能够给出骨小梁面积百分率、骨小梁厚度和单位骨小梁数目等有关骨质结构的具体数据, 可以更全面、更准确的反映骨的新陈代谢及骨质疏松症发

12、生的病理过程8。通过观察骨碎补总黄酮对去卵巢大鼠骨质疏松模型胫骨的组织形态计量学的影响, 作为骨量主要标志的骨小梁体积百分比(TBV% 明显增高, 而代表骨吸收参数的骨小梁吸收表面百分比(TR S % 以及代表骨形成参数的骨小梁形成表面百分比(TFS %, 活性生成表面百分比(AF S %, 骨小梁矿化率(MAR , 骨小梁骨生成率(BFR , 类骨质平均宽度(O S W , 骨皮质矿化率(mAR 均明显降低, 表明骨碎补总黄酮对卵巢切除所致的骨质疏松症大鼠的骨组织形态计量学的变化具有明显的对抗作用9。在比较骨碎补、锁阳、淫羊藿和狗脊4种补肾中药对去卵巢大鼠骨质疏松的作用研究中, 以骨碎补最为

13、显著, 骨小梁体积占全部骨组织体积的百分比TBV /TTV(% 、骨小梁体积占海绵骨体积的百分比TBV /SBV(% 、平均骨皮质厚度MC W (L m 和平均骨小梁板密度M TPD (2 增加, 而平均骨小梁板间隙M TPS (L m 减少, 说明骨碎补可以阻止大鼠去卵巢后雌激素减少所致的骨丢失, 其机理为增加骨小梁宽度和密度, 减少骨小梁间隙。从骨动力学参数看, 经骨碎补作用后, 模型鼠的四环素单标记线占骨小梁表面的百分比Sfract(s (% 显著降低, 而四环素双标记线占骨小梁表面的百分比S fract(d (% 、四环素单标记线的1/2和双标记线之和占骨小梁表面的百分比Sfract(

14、s/2+d (% 和骨小梁类骨质表面占骨小梁表面的百分比TO S (% 均有下降趋势, 类骨质成熟时间O P M (d 明显延长, 说明骨碎补防止去卵巢后骨丢失主要是通过降低骨转换率来实现的10。4 骨碎补总黄酮对骨质疏松症细胞生物学的影响骨质疏松时, 成骨细胞发生退化, 并成为骨质疏松症发生骨基质成分不足、骨基质钙化不完全、骨组织结构改建不良的重要因素之一11。而骨质疏松症成骨细胞的退变, 造成骨形成最佳条件缺陷, 最终必将导致骨组织结构及力学特征的改变, 从而成为骨质疏松症骨折的首要致病因素12。成骨细胞是骨质生发、形成的物质基础, 只有其不断地分裂增殖才可产生丰富的胶原基质, 通过矿化作

15、用形成更多骨质。通过刺激成骨细胞增殖促进骨组织形成是治疗骨质疏松症的主要方法之一。采用成骨细胞体外培养的, 的作用表明:骨碎补总黄酮能提高细胞内A LP 活性, 并且在不同时间有相应变化, 有一定的量效、时效关系。对3H -TdR 掺入实验表明:骨碎补总黄酮对成骨细胞分化和增殖均有促进作用, 并且随时间延长, 其作用效果越大13。制备骨碎补的水、醇提取液观察骨碎补总黄酮对小鼠成骨细胞株M C3T3-E 1的影响也表明:骨碎补水提液能促进细胞数量增加, 使S 期细胞百分率升高、G 1期细胞百分率减少; 骨碎补醇提液能使细胞A LP 的活性升高, 能明显促进细胞骨钙素合成和分泌; 骨碎补水提液及醇

16、提液均可促进细胞钙化, 说明骨碎补水相和醇相提取物中分别存在有较高活性的促成骨细胞增殖、分化和钙化的物质14。骨髓基质干细胞(B M S 是一种多能干细胞, 不仅可以分化为成骨细胞, 还可以分化为脂肪细胞、成软骨细胞、肌原细胞, 甚至神经细胞15。现已证实, B M S 是唯一含有丰富的定向性骨祖细胞(DOPC 和诱导性骨祖细胞(I O PC 的组织。研究表明:中药具有诱导并促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化的作用16-17。研究骨碎补提取液对兔骨髓基质细胞增殖作用的影响显示, 不同浓度骨碎补提取液对于兔骨髓基质细胞的增殖作用不同, 高浓度有抑制作用, 较低浓度则有促进作用18。研究骨碎补各种提取

17、成分对人骨髓间充质干细胞(h M SCs 的影响说明:骨碎补水提液、醇提液以及骨碎补的有效成分柚皮苷对细胞有良好的保护作用, 能促进细胞生长和增殖。骨碎补醇提液培养液和柚皮甙培养液存在有较高活性的促h M SCs 增殖、分化的物质, 可提高细胞的ALP 活性, 并且有诱导h M SCs 向成骨细胞分化的作用, 且随着诱导作用时间的延长, 细胞都逐渐汇合呈铺路石状, 局部细胞呈重叠生长, 基质逐渐堆积、矿盐沉积,形成多个结节, 并逐渐融合19。正常骨组织的代谢, 包括由成骨细胞调节的骨形成和破骨细胞调节的骨吸收, 即骨形成 吸收之间的/耦联0, 及其在骨重建时的相对平衡。如/耦联0失去平衡, 骨

18、的吸收超过形成, 就造成了骨的丢失, 成为骨质疏松症发病的基本病理机制20。破骨细胞是一个高度分化的多核巨细胞, 直接参与骨吸收, 是骨组织吸收的主要功能细胞。通过研究骨碎补药物血清对体外分离破骨细胞性骨吸收的作用表明:骨碎补提取液可使骨磨片上形成的吸收陷窝数和面积显著减少, 对破骨细胞性骨吸收有抑制作用21。抗酒石酸酸性磷酸酶(TRA CP 被公认为破骨细胞的标志性酶, 其活性可反映破骨细胞的功能活性, 其活性的测定可用来分析药物对破骨细胞生存率及其活性的影响。实验观察骨碎补提取液可导致TRACP 阳性破骨细胞数的形成受到明显的抑制; 在骨髓培养过程中, 不仅TRACP 阳性破骨细胞数减少,

19、 而且多核破骨细胞更是较少, 说明骨碎补不仅抑制破骨母细胞的形成, 更主要是抑制破骨母细胞向多核破骨细胞转化22。5 骨碎补总黄酮对骨质疏松症分子生物学的影响造骨微环境中有大量的细胞因子, 它们通过自分泌与旁分泌和细胞粘附的方式在骨重建中起重要作用。其中促进骨形成的细胞因子主要有类胰岛素样生长因子I , II(I G F -I , II, 生长转化因子B (TGF -B , 成纤维细胞生长因子(FGF 等; 促进骨吸收的细胞因子主要有白细胞介素1-A 、B (IL -1A 、B , 白细胞介素6(IL -6, 生长转化因子A 、B (TG A , 肿瘤坏死因子B (F A 、B 23IL -1

20、2732010年6月中 华 中 医 药 学 刊CH I NESE ARCH I VES O F TRAD I T I O NAL CH I NESE M E D I C I NEVo. l 28No . 6Jun . 2010中华中医药学刊4则是影响破骨细胞的细胞因子网络中的一个因子, 能与其他细胞因子、激素协同作用, 共同调节破骨细胞形成及骨吸收。应用放免法研究骨碎补总黄酮对去卵巢大鼠骨质疏松模型相关细胞因子的影响表明:骨碎补总黄酮能调节细胞因子I L -6、I L -4、TNF A 的水平, 对血清TNF A 、I L -6水平有抑制作用, 对IL -4分泌有促进作用24-25。TGF -

21、B 是一种对骨有强大调节作用的生长因子, 对骨形成具有明显促进作用, 是骨形成、骨重建过程中的关键调节因子26。骨质减少常由成骨细胞功能缺陷引起, 其中增龄引起的骨丢失以成骨细胞生成减少和局部TGF -B 等的浓度降低为特征。研究表明骨碎补能够增加TG F-B 1在骨修复过程中的表达, 促进骨形成27。骨和软骨组织中含有多种参与调节骨骼发育及生长的多肽类生长因子。在诸多因子中, 骨形态发生蛋白(bone mo rphogenetic prote i ns B M P s 是唯一能够单独诱导骨组织形成的局部生长因子。骨形态蛋白-2(B M P -2 是诱导成骨活性最强的B M Ps 之一。研究表

22、明骨碎补总黄酮对卵巢切除大鼠的B M P -2表达有明显的促进作用。说明骨碎补总黄酮对于雌激素撤退状态下的机体, 有较强的促进成骨细胞分化成熟的作用28。近年来, 随着分子生物学技术的研究进展, 遗传因素对骨量和骨质疏松发病的影响, 逐步引起人们的重视。应用cDNA array 技术分析骨碎补总黄酮对去卵巢大鼠基因水平的影响表明, 模型大鼠存在70个基因差异, 包括与蛋白质翻译相关基因, 与细胞胶原相关基因, 免疫相关颗粒(与白细胞有关, 激素(雌激素, 跨膜蛋白(与信息传导相关 等。骨碎补总黄酮对上述差异基因表达水平有一定的影响, 能够使其基本恢复正常29。6 结 语针对骨质疏松症的发病机理

23、, 运用现代实验技术, 探讨骨碎补总黄酮的药理作用, 从科学的角度说明其治疗机制, 将为该药临床推广应用提供有力的佐证。相信随着研究的不断深入, 必将全面揭示骨碎补总黄酮等中药防治骨质疏松症的作用机理。参考文献1 王和鸣, 葛继荣, 田金洲, 等. 强骨胶囊治疗原发性骨质疏松症临床试验J.中药新药与临床药理, 2004, 15(4:284-287.2 刘剑刚, 谢雁鸣, 赵晋宁, 等. 骨碎补总黄酮胶囊对实验性骨质疏松症和镇痛作用的影响J.中国实验方剂学杂志, 2004, 10(5:31-34.3 谢雁鸣, 许勇钢, 赵晋宁, 等. 骨碎补总黄酮对去卵巢大鼠骨密度和细胞因子IL-6、I L -

24、4、TNF A 水平的影响J.中国中医基础医学杂志, 2004, 10(1:34-37.4 马克昌, 高子范, 冯坤, 等. 骨碎补提取液对小鸡骨发育的促进作用J.中医正骨, 1990, 2(4:7.5 马克昌, 朱太咏, 刘鲜菇, 等. 骨碎补注射液对培养中鸡胚骨原基钙化的促进作用J.中国中药杂志, 1995, 20(3:178. 6 谢雁鸣, 赵晋宁, 张文军强, 等. 骨胶囊抗维甲酸所致大鼠骨质疏松症的实验研究J.中药新药与临床药理, 1998, 9(4:217-220.7 谢雁鸣, 赵晋宁, 丁会, 等. 强骨胶囊抗去势大鼠骨质疏松症的实验研究J.中国中医药科技, 2000, 7(3:

25、151-152. 8 Kalu D N, L i u CC, H ard i n RR , et a. l Th e aged ratm odel of ovar-ian hor m one defici en cy bone l oss J .E ndocri nology , 1989, 124(1:7.9 谢雁鸣, 鞠大宏, 赵晋宁. 骨碎补总黄酮对去卵巢大鼠骨密度和骨组织形态计量学影响J.中国中药杂志, 2004, 29(4:343-346.10 马中书, 王蕊, 邱明才, 等. 四种补肾中药对去卵巢大鼠骨质疏松骨形态的作用J.中华妇产科杂志, 1999, 34(2:82-85.11

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